7. Dynamik von Elektronentransferprozessen an Isolator-Oberflächen
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Bei den Untersuchungen von Ladungsaustauschprozessen an einer LiF(001)-Oberfläche standen zwei Aspekte im Vordergrund:

  1. Für neutrale Ne-Atome ist für kleine Projektilenergien (bis zu einigen keV) bei der streifenden Streuung an einer LiF(001)-Probe jeglicher Ladungstransfer sowie elektronische Anregung unterdrückt. Das System bietet somit die Möglichkeit, den elastischen Energietransfer auf die Gitteratome, sog. „nuklearer Energieverlust“, unter Channeling-Bedingungen zu messen. Dieser Verlust wurde bisher immer als „vernachlässigbar“ angenommen, konnte aber zuvor quantitativ nicht erfasst werden, da bei Metallen elektronische Anregungen diesen Effekt überdecken. In den Publikationen:

     A. Mertens and H. Winter, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 2825 und

     H. Winter and A. Mertens, American Inst. Phys. 576 (2001) 21

    wird über die Messungen berichtet und die Größenordnung des Energieverlusts von typisch eV-Energien ist im Einklang mit einfachen Abschätzungen einer Binärstoßdynamik. Im Anschluss an diese Arbeiten wurden Computer-Simulationen zu dieser Thematik realisiert, wobei das Streupotential in quantenmechanischen Rechnungen von Prof. Staemmler (Bochum) bestimmt wurde. Wesentliches Resultat der Simulationen war der Befund, dass sich der nukleare Energieverlust unter Channeling quantitativ nur verstehen lässt, wenn die thermischen Schwingungen der Gitteratome berücksichtigt werden. Details zu diesen Arbeiten finden sich in:

     H. Winter, A. Mertens, R. Pfandzelter, and V. Staemmler, Phys. Rev. A66 (2002) 022902 und

     R. Pfandzelter, A. Mertens, and H. Winter, Phys. Lett. A290 (2001) 145.

  2. Die (effiziente) Formierung negativer Ionen bei der streifenden Streuung an Oberflächen von Ionenkristallen kann durch eine lokale Binärstoß-Dynamik verstanden werden, wobei der Energiedefekt im Stoß durch die Einbettung des Targetatoms im Kristallgitter (Madelung-Potential) maßgeblich reduziert wird. Ein endlicher Energiedefekt gibt Anlass zu einer kinematischen Schwelle für die Formierung negativer Ionen. In Experimenten mit F+-Ionen wurde überraschend festgestellt, dass für die Bildung von F--Ionen praktisch kein Schwellenverhalten auftritt (s. Abb. 7-1). Vergleichsexperimente mit neutralen F0-Projektilen zeigen das bereits bekannte Schwellenverhalten.

Abb. 7-1: F- -Anteil nach streifender Streuung von F+, F0 und F- an LiF(001)


In Zusammenarbeit mit Dr. Roncin und Dr. Borisov (Orsay), konnte die Beobachtung durch den „korrelierten“ Einfang zweier Elektronen theoretisch verstanden werden. Dabei führt der Einfang von Elektronen aus benachbarten F--Gitterplätzen zu einer verstärkten Coulomb-Attraktion auf das Affinitätsniveau des negativen Ions. Der Energiedefekt in der Reaktion wird verschwindend klein, was die kinematisch induzierte Formierung negativer Ionen maßgeblich fördert. Eine ausführliche Darstellung der Arbeiten findet sich in:

 P. Roncin, A.G. Borisov, H. Khemliche, A. Momeni, A. Mertens, and H. Winter, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 043201,

 A. G. Borisov, V. Sidis, P. Roncin, A. Mertens, and H. Winter, Physical Review B67 (2003) 115403.
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